現(xiàn)今很多小說蔑匣、漫畫之中,皆有關(guān)于「鏡世界」的描述棕诵,比如《愛麗絲漫游記》中曾有這樣一段描寫:
小女孩愛麗絲來到鏡子里面裁良,說道:「小貓咪,你喜歡住在這所鏡像房間中嗎校套?我不知道他們會不會給你牛奶喝价脾,也許鏡子里的牛奶不大好喝……」
的確,一個(gè)非常讓人著迷的世界笛匙,這里侨把,我們用科學(xué)視角來分析一下鏡世界的特征。
我們先來討論一下「鏡世界」是如何構(gòu)成的妹孙。
物理學(xué)中秋柄,有幾類有趣的對稱變換,比如鏡像變換蠢正,相當(dāng)于左手變右手骇笔,這里簡稱P變換。這看起來是最直觀嚣崭、最合理的「鏡世界」笨触,幾乎所有的小說、漫畫之中雹舀,都以此構(gòu)造「鏡世界」芦劣。
然而,在自然科學(xué)之中说榆,P變換似乎并不「自然」虚吟,20世紀(jì)50年代中期,一個(gè)難題擺在了物理學(xué)家的面前签财,即「τ-θ」之謎稍味。
θ和τ兩種介子的自旋,質(zhì)量荠卷,電荷完全相同,一度以為是同一種粒子烛愧,然而θ衰變時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)π介子油宜,τ衰變時(shí)產(chǎn)生3個(gè)π介子掂碱,奇數(shù)個(gè)π介子的總宇稱是負(fù)的,而偶數(shù)個(gè)π介子的總宇稱ê是正的慎冤。如此看來又似乎不是同一種粒子疼燥。1956年4月第六屆羅徹斯特高能核物理年會在紐約州北部羅徹斯特大學(xué)舉行,會議上討論了θ-τ的衰變中蚁堤,有科學(xué)家提出宇稱是否有可能不守恒醉者?1956年6月李政道與楊振寧在美國《物理評論》上共同發(fā)表《弱相互作用中的宇稱守恒質(zhì)疑》的論文,認(rèn)為基本粒子弱相互作用內(nèi)存在「不守恒」披诗,θ和τ是兩種完全相同的粒子撬即。
1957年1月9日吳健雄與安布勒(E.Ambler)、海沃德(R.W.Hayward)呈队、霍普斯(D.D.Hoppes)等科學(xué)家從觀測鈷60的衰變的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這項(xiàng)推測剥槐,她以兩套裝置中的鈷60互為鏡像,一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉(zhuǎn)向左旋宪摧,另一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉(zhuǎn)向右旋粒竖,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在極低溫(絕對零度以上0.01K)下放射出來的電子數(shù)有很大差異,實(shí)驗(yàn)結(jié)果推翻了物理學(xué)上屹立不移三十年之久的宇稱守恒定律几于。
而同時(shí)蕊苗,還有一種變換,稱作「正反粒子共軛變換」沿彭,即將粒子變換稱對應(yīng)的反粒子朽砰,進(jìn)而,科學(xué)家提出了「CP聯(lián)合變換」膝蜈。它似乎拯救了宇稱不守恒锅移,好像CP變換,就是「真正的對稱」饱搏,然而非剃,好景不長,1964年J.W.Cronin在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)K+介子在蛻變過程中推沸,有3/1000的概率違背CP不變性备绽。
進(jìn)而,又有了「時(shí)間反演變換」(T變換)鬓催,結(jié)合為CPT聯(lián)合變換肺素,迄今為止的實(shí)驗(yàn)中,CPT皆嚴(yán)格守恒宇驾。
為什么在這里扯這么多倍靡,也是想說明一下,所謂「鏡世界」课舍,合理的結(jié)構(gòu)也有多種塌西。
先看看CP變換與CPT變換他挎,它們是最危險(xiǎn)的——充滿了相對于我們的世界的反物質(zhì),一旦正物質(zhì)與之接觸捡需,便會湮滅办桨,放出巨大的能量——這太危險(xiǎn)了,這樣的「鏡世界」還是離遠(yuǎn)點(diǎn)好站辉。
而「P變換鏡世界」呢撞,看起來,與我們的世界并無二致——如果我們不考慮微觀粒子自旋的改變饰剥。我們可以在這個(gè)世界中做的大多數(shù)事殊霞,都可以在那里做,除了吃東西捐川。對脓鹃,「P變換鏡世界」中的食物吃下去后,很有可能無法消化古沥。
這里就要提到「手性」的概念瘸右,如果某物體與其鏡像不同,則其被稱為「手性的」岩齿,且其鏡像是不能與原物體重合的太颤,就如同左手和右手互為鏡像而無法疊合。
然而盹沈,生物分子的手性分布龄章,似乎并不對稱,比如已知生物體內(nèi)的氨基酸乞封,都是左旋的做裙。這導(dǎo)致我們體內(nèi)的消化酶很可能無法消化「P變換鏡世界」中的食物。甚至肃晚,它們可能對人體還有毒害锚贱。
那牛奶,豈止是「不好喝」关串。
這是我輩關(guān)于鏡世界的一些思考拧廊,若有錯(cuò)漏之處,當(dāng)請各位指正晋修。